книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

В момент tQ + 7\ возникает обратный перепад входного сигнала. Это приводит к отпиранию диода. Ток диода, про­ текающий в основном через конденсатор, восстанавливает напряжение конденсатора до исходного значения umin- Протекание тока диода і д ^ —і обусловлено тем, что су­

а активная длительность восстановления напряжения на конденсаторе

25Q

перепаде в момент t0 сигнала еа диод запирается, и конден­ сатор начинает медленно разряжаться. За время 7\ его

9. Выбор параметров фиксатора уровня. Условие работоспо­ собности фиксатора уровня заключается в выполнении неравенства (38) (для схемы НАД) или (41) (для схемы ПОД). Кроме того, не­ обходимо, чтобы за наибольшее возможное время Т2 отпертого состояния диода (рис. 18 и 19) произошло достаточно полное вос­ становление исходного напряжения ( « m i n или и т а х ) - ' н а конденса­ торе, для чего должно выполняться соотношение

(47) определяет искажение выходного сигнала (рис. 18, в или 18, д). Тогда из формулы (49) имеем

( 1 f ; ' i : p y y i < ] A ^ U <Уф*<9. (9.53)

где знак «плюс» относится к схеме НАД, а знак «минус» — к схеме ПОД. Решая неравенства (52) и (53) относительно С, получим

находитсяиз статической характеристики диода путем построения, нагрузочной прямой, соответствующей сопротивлению Ra при (Уд+= |Д(Лдоп-

251

РА З Д Е Л Ч Е Т В Е Р Т Ы Й

РЕ Г Е Н Е Р А Т И В Н ЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ

УСТРОЙСТВА

Устройства этого типа применяются для разных целей, но все они представляют собой нелинейные системы, в которых при опре­ деленных условиях возникает регенеративный процесс, приводящий

к образованию в системе крутых перепадов тока и напряжения

ГЛ А В А Д Е С Я Т А Я

ОБ Щ ИЕ СВОЙСТВА РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ

§ІО.І. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РЕГЕНЕРАТИВНЫХ

УСТРОЙСТВ

1. Регенеративные импульсные устройства служат для образования крутых перепадов напряжения AU, вырабаты­ ваемых в нужные моменты времени tlt t2, ... (рис. 1, а),

JflTUL ЛХШІ jDÜUL

Рис. 1.

a также для получения импульсов напряжения требуемой высоты U и длительности tn, появляющихся периодически (рис. 1, б) или же в нужные моменты времени tlt t2, ...

(рис. 1, е); при этом обычно желательно, чтобы форма им­ пульсов была близка к прямоугольной. Показанные на рис. 1 колебания напряжения известны под названием ко­ лебаний разрывного типа. Устройства, вырабатывающие такие колебания, должны обладать способностью создавать скачкообразные изменения напряжения или тока. Это свой­ ство устройства является определяющим.

252

2. Наибольшее распространение получили устройства, вырабатывающие колебания разрывного типа, основанные на использовании усилителей с положительной обратной связью. Еще в 1918 г. М. А. Бонч-Бруевич показал [129], что в таких системах при определенных режимах работы возникают скачкообразные изменения напряжения и тока. Для выяснения таких возможностей обратимся к извест­ ным из радиотехники условиям самовозбуждения автоко­ лебательных систем [20—25].

Рассмотрим усилительный каскад (рис. 2), характери­

ром, условие самовозбуждения системы должно выпол­

2) суммарный сдвиг фаз колебаний, производимых уси­ лителем и устройством обратной связи, должен быть кратен

3. Для уяснения механизма образования скачков напря­ жения в системе (рис. 2) обратимся к наглядному описанию этого процесса. Пусть в результате внутренних процессов, протекающих в усилителе (или благодаря действию управ­ ляющего напряжения, подаваемого на вход усилителя), он

253

находится в состоянии, при котором условия (1) и (2) вы­

безынерционной) вызовет появление на выходе системы при­

В результате приращение напряжения на входе возрастает, и вследствие действия обратной связи это приводит к еще большему изменению входного напряжения и т. д. Это зна­ чит, что напряжения в рассматриваемой идеальной системе должны изменяться с бесконечно большой скоростью, т. е. скачком. Однако суммарный прирост напряжений ограни­ чен,, так как из-за нелинейных свойств усилителя, начиная с некоторых значений входного напряжения величина /Cß начинает уменьшаться и затем падает до значений К$ < 1. Это приводит к подавлению процесса регенерации и огра­ ничению изменений напряжений в системе.

4. Реальные системы рассматриваемого типа не безынер­ ционны. Это обусловлено как инерционностью электрон­ ного прибора усилителя, так и влиянием паразитных реак­ тивных элементов системы — в первую очередь влиянием паразитных емкостей Сх и С2 , показанных на рис. 2 пункти­ ром. Из-за влияния этихфакторов аргументы ср/< и щ зави­ сят от частоты, но лишь при достаточно в ы с о к о й часто­ те эти зависимости проявляются настолько сильно, что они приводят к заметному нарушению условия баланса фаз. По этой причине напряжения в реальной системе изменя­ ются с конечной скоростью, пропорциональной той наивыс­ шей частоте, при которой фазовые рассогласования еще практически неощутимы. Как показывает опыт, при выпол­ нении условия регенерации без учета указанных выше фак­ торов напряжения в системе изменяются хотя и не скачком, но с возрастающей вначале скоростью (лавинообразно),

тивных элементов) сдвиг фаз выходного напряжения отно­ сительно входного на 180 . Поэтому, применяя в качестве устройства обратной связи трансформатор, который также сдвигает на 180° входные колебания, получаем регенера­ тивное импульсное устройство, блок-схема которого изобра-

254

устройства. В генераторах импульсов после прекращения регенеративного процесса, в течение которого формируется ф р о н т импульса, наступает стадия формирования р а б о- ч е й ч а с т и импульса.' В этой стадии во времязадающей цепи (часто в виде JRC-цепи), входящей в состав цепи обрат­ ной связи, протекает релаксационный процесс, который при­ водит к восстановлению условий регенерации. В течение вновь возникающего после этого регенеративного процес­ са, который протекает в противоположном направлении, происходит с р е з генерируемого импульса. Затем начи­ нает протекать другой релаксационный процесс, опреде­ ляющий длительность интервала времени между генери­ руемыми импульсами. Таким образом, длительности релак­ сационных процессов во времязадающих цепях генератора импульсов обусловливают временные параметры формируе­ мых импульсов. По этой причине генераторы импульсов

элемента (например, входное напряжение запертой лампы или запертого транзистора) в процессе релаксации дости­

некоторого критического значения. По этому признаку релаксационные генераторы импульсов подразделяются иа

7. Усилительные каскады регенеративных импульсных устройств строятся в основном на транзисторах [108а]. Ламповые усилители применяются при необходимости обеспечения высокой стабильности работы устройств в ши­ роком температурном диапазоне, а также при генерирова­ нии мощных (обычно выше 10 Вт) импульсов сравнительно высокого напряжения (выше нескольких десятков вольт). Кроме того, ламповые усилители используются в устройст­ вах, подверженных сильным радиационным воздействиям.

8. Скачкообразные изменения тока или напряжения можно получить, используя системы, содержащие нелиней­ ные элементы с S-образной (рис. 4, а) или УѴ-образной (рис 4, б) вольтамперной характеристикой. На участках 1—2

256

таких характеристик дифференциальное сопротивление элемента отрицательно. Как известно из радиотехники [21 — 23, 25], на падающем участке характеристики состояние рав­ новесия системы, содержащей нелинейный элемент, может быть неустойчивым, что позволяет при определенных усло­ виях получать скачкообразные изменения тока или напря­ жения в системе. Изучение физических свойств нелинейных элементов, обладающих приведенными на рис. 4 характе­ ристиками, показывает, что такой вид'характеристик обязан «внутренней» положительной обратной связи между про­ цессами, протекающими в элементе. В этом смысле импульс­ ные устройства, использующие свойства элементов с падаю­ щей характеристикой, можно также отнести к устройствам регенеративного типа. С другой стороны, можно показать,

тивных импульсных устройств, базирующаяся на нели­ нейной теории разрывных колебаний, созданной боль­ шими коллективами советских радиофизиков, возглавляе­ мыми академиками Л. И. Мандельштамом, Н. Д. Папалекси, А. А. Андроновым [1], H . Н. Боголюбовым и H. М. Кры­ ловым [2].

9. //-образной характеристикой обладают туннельные диоды, на основе которых строятся импульсные устройства разрывных колебаний (см. гл. 15). S-образной характерис­ тикой обладают газоразрядные приборы, тиристоры, а так­ же транзисторы, работающие в лавинном режиме (см. гл. 15). Газоразрядные приборы (преимущественно тиратроны) и ти­ ристоры применяются в основном в мощных генераторах импульсов, где используются также нелинейные свойства магнитных материалов (см. §7.5). Принцип работы и свой­ ства регенеративных импульсных устройств, построенных на тиристорах, описаны в работах [133, 134, 111].

§ 10.2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ РЕГЕНЕРАТИВНЫХ УСТРОЙСТВ

1. По своему построению и назначению регенеративные

новесия; 2) устройства, не имеющие ни одного или имею­ щие только одно состояние устойчивого равновесия.

Устройства 1-й группы, называемые триггерами, вы­ рабатывают крутые перепады напряжения (рис. 1, а) при воздействии на них управляющих сигналов (импульсов за­ пуска). К триггерам предъявляются два основных требо­ вания: стабильность состояний равновесия триггера в реаль­ ных условиях эксплуатации и бесперебойное срабатывание триггера при каждом воздействии импульса запуска - (см. § 8.1, пп. 5—7).

Устройства 2-й группы — генераторы, вырабатываю­ щие импульсы напряжения требуемой длительности и высо­ ты (см. рис. 1, б, в), форма которых близка к прямоуголь­ ной. В схемном отношении они отличаются от триггеров наличием времязадающих элементов (обычно в виде кон­ денсатора и резистора), время релаксации которых опреде­ ляет длительность генерируемых импульсов или (и) часто­ ту их повторения. Такие устройства называются релакса­ ционными генераторами (релаксаторами).

Генератор импульсов может быть приспособлен для ра­ боты в любом из таких режимов: в режиме автоколебаний, в режиме синхронизации (деления частоты) и в ждущем (заторможенном) режиме работы.

2. При работе в режиме автоколебаний вырабатываются периодически повторяющиеся импульсы (см. рис. 1,6). Час­ тота генерируемых импульсов (частота автоколебаний) оп­ ределяется свойствами релаксатора и режимом его пита­ ния; некоторое влияние на частоту автоколебаний оказы­ вает приключаемая нагрузка.

Генераторы импульсов, работающие в режиме автоко­ лебаний, обычно используются в качестве задающих гене­ раторов; они служат для управления работой других устройств. Основное требование к таким генераторам — стабильность частоты колебаний. К сожалению, стабиль­ ность частоты автоколебаний релаксационных генераторов (без применения специальных средств стабилизации) не­ высока, особенно при их построении на транзисторах. По­ этому часто прибегают к работе в режиме синхрони­ зации.

258

3. При работе в режиме синхронизации (деления часто­ ты) частота повторения генерируемых импульсов равна час­ тоте (в целое число раз меньше частоты) внешнего синхро­ низирующего напряжения, воздействующего на генератор импульсов. При прекращении внешнего воздействия гене­ ратор импульсов продолжает работать в режиме автоколе­ баний. В качестве источника сихронизирующего напряже­ ния часто используют кварцованные автогенераторы сину-

-социального напряжения.

4.Ждущий режим работы генератора импульсов при­ меняется наиболее широко. В этом режиме генератор при

отсутствии внешнего импульса запуска находится в состоя­ нии устойчивого равновесия (покоя). Лишь при воздействии внешнего импульса запуска генератор вырабатывает о д и н рабочий импульс, после чего генератор возвращается к свое­ му единственному состоянию равновесия (покоя). Основные

Г Л А В А О Д И Н Н А Д Ц А Т А Я

МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

§ 11.1. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ С АНОДНО-СЕТОЧНЫМЙ

связями

1. Схема. Мультивибратор — релаксационный генера тор, регенеративный процесс в котором осуществляется путем применения двух усилителей с взаимной междукас­

следнего через конденсатор С2 связан со входом первого усилителя. Эта схема известна под названием мультивибра­ тора Абрагама и Блоха, исследовавших такую систему в 1919*г. [129, а]. Она близка к системе «катодного реле», исследованной М. А. Бонч-Бруевичем в 1918 г. [129].

.Мультивибратор, собранный по представленной на рис. 1 схеме, предназначен для работы в режиме автоколе­ баний.